人機工程學(xué)人在作業(yè)環(huán)境中的研究.ppt

人機工程學(xué),劉敏,第3章 人在作業(yè)環(huán)境中的研究,主要內(nèi)容,第1節(jié) 人體活動的空間要求 第2節(jié) 人體力學(xué)與作業(yè)研究 第3節(jié) 人體作業(yè)空間尺度 第4節(jié) 人在環(huán)境空間中的安全因素設(shè)計,第1節(jié) 人體活動的空間要求,1.1 肢體關(guān)節(jié)活動范圍 1.2 脊柱關(guān)節(jié)活動范圍 1.3 身體姿態(tài)動作活動范圍,人體活動與動作空間（動態(tài)尺寸）,人的動作空間主要分為兩類：一是人體處于靜態(tài)時的肢體活動范圍；二是人體處于動態(tài)時的全身動作空間。 (1)人體處于靜態(tài)時的肢體的活動范圍 作業(yè)域(working area) (2)人體處于動態(tài)時的全身的動作空間 作業(yè)空間(working space),人的動作空間,肢體活動范圍,人體活動空間,作業(yè)空間,作業(yè)域,人體活動與動作空間,人的肢體圍繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動而劃出的范圍，也就是肢體活動所占用的空間范圍。肢體長度和角度,肢體活動范圍：,在工作和生活活動中，人們的肢體圍繞著軀體做各種動作，這些由肢體的活動所劃出的限定范圍即是肢體的活動空間。肢體的活動空間實際上它也就是人在某種姿態(tài)下肢體所能觸及的空間范圍。,作業(yè)域：,（一）肢體活動范圍（作業(yè)域）,（一）肢體活動范圍（作業(yè)域） 在布置人的工作作業(yè)環(huán)境時必須了解這些環(huán)境范圍，即肢體的活動范圍。在工作和生活中，人們的肢體圍繞著軀體做各種活動，這些由肢體的活動所劃出的限定范圍即是肢體的活動空間，它是由肢體活動的角度及肢體的長度決定的。 1、肢體活動角度 影響因素： a、肢體的活動角度受骨骼和韌帶的限制。 b、年齡、種族、性別、生活習(xí)慣也對其有影響。,應(yīng)用： 肢體活動角度在解決某些問題上有用，如視野、踏板行程、扳桿的角度等。 通常情況下人的活動不是單一的動作，而是協(xié)調(diào)的多個關(guān)節(jié)的聯(lián)合動作。 分類： 輕松值：經(jīng)常性場所（最大活動范圍的50%） 正常值：一般性場所 極限值：安全或限制性場所（費力、疲勞）,1.1 肢體關(guān)節(jié)活動范圍,包括：肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、前臂、腕關(guān)節(jié)、 手指關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、 踝關(guān)節(jié)、足部,肩關(guān)節(jié)活動范圍,肘關(guān)節(jié)活動范圍,腕關(guān)節(jié)活動范圍,手指關(guān)節(jié)活動范圍,髖關(guān)節(jié)活動范圍,膝關(guān)節(jié)活動范圍,踝關(guān)節(jié)活動范圍,足部活動范圍,1.2 脊柱關(guān)節(jié)活動范圍,1.3 身體姿態(tài)動作活動范圍,（1）身體各部位重要活動范圍 身體各部位垂直面重要活動范圍 身體各部位水平面重要活動范圍,身體各部位垂直面重要活動范圍,身體各部位垂直面重要活動范圍,身體各部位水平面重要活動范圍,身體各部位水平面重要活動范圍,（2）人體姿態(tài)動作活動空間 立姿、坐姿、跪姿、臥姿、活動姿態(tài),立姿身體動作活動空間,坐姿身體動作活動空間,跪姿身體動作活動空間,臥姿身體動作活動空間,身體活動姿態(tài)范圍空間,第2節(jié) 人體力學(xué)與作業(yè)研究,2.1 肌肉的特征 2.2 施力作業(yè)的要求,2.1 肌肉的特征,肌肉的最大力量為34kg/cm2,肌肉力量的大小取決于橫截面積的大小。,肌肉力量的大小也取決于其收縮的長度。,能量的來源？,2.2 施力作業(yè)的要素,1 肌肉施力的基本類型：,選擇合理的作業(yè)節(jié)奏，動態(tài)作業(yè)可以延續(xù)很長時間而不產(chǎn)生疲勞。,心臟的工作就是動態(tài)作業(yè)，人的一生中，心臟不停地搏動，心肌從不“疲勞“。,收縮的肌肉組織壓迫血管阻止血液進入肌肉，肌肉無法從血液得到糖和氧的補充，不得不依賴于本身的能量儲備。肌肉不能迅速排除代謝廢物，積累的廢物造成肌肉酸痛，引起肌肉疲勞。由于酸痛難忍，靜態(tài)作業(yè)的持續(xù)時間受到限制。,肌肉有節(jié)奏地收縮和舒張，血液輸送量比平常提高幾倍，血液大量流動不但使肌肉獲得足夠的糖和氧，而且迅速排除了代謝廢物。因此，只要選擇合理的作業(yè)節(jié)奏，動態(tài)作業(yè)可以延續(xù)很長時間而不產(chǎn)生疲勞。,動態(tài)施力,靜態(tài)施力,2 施力問題研究,（1）靜態(tài)施力與人體反應(yīng),靜態(tài)施力舉例,通常某項作業(yè)既有靜態(tài)施力又有動態(tài)施力。由于靜態(tài)施力的作業(yè)方式比較“費力“，因此當(dāng)兩種作業(yè)方式同時存在時，首先要處理好靜態(tài)作業(yè)。,一般的工業(yè)和職業(yè)勞動都包括不同程度的靜態(tài)施力，例如 （1）工作時，向前彎腰或者向兩側(cè)彎腰， （2）用手臂夾持物體， （3）工作時，手臂水平抬起， （4）一只腳支撐體重，另一只腳控制機器， （5）長時間站立在一個位置上，,避免靜態(tài)施力,人體工程學(xué)的基本設(shè)計原則,a、避免彎腰或其他不自然的身體姿勢。,提高人體作業(yè)的效率，一方面要合理使用肌力，降低肌肉實際負荷;另一方面要避免靜態(tài)肌肉施力。,避免靜態(tài)肌肉施力的幾個設(shè)計要點：,b、避免長時間地抬手作業(yè)。,c、坐著工作比站著工作省力。,d、雙手同時操作時，手的運動方向應(yīng)相反或?qū)ΨQ運動，單手作業(yè)本身就造成背部肌肉靜態(tài)施力,工作椅的坐面高度調(diào)到使操作者能十分容易地改變站和坐姿勢的高度，可以減少站起和坐下時造成的疲勞，尤其對于需要頻繁走動的工作，更應(yīng)如此設(shè)計工作椅。,e、作業(yè)位置（作臺的臺面或作業(yè)的空間）高度應(yīng)按工作者的眼睛和觀察時所需的距離來設(shè)計。,f、常用工具，如鉗子、手柄、工具和其他零部件、材料等，都應(yīng)按其使用的頻率或操作頻率安放在人的附近。,作業(yè)位置的高度保證姿勢自然，身體稍微前傾，眼睛正好處在觀察時要求的距離。還采用了手臂支承，以避免手臂肌肉靜態(tài)施力。,g、當(dāng)手不得不在較高位置作業(yè)時，應(yīng)使用支承物來托住肘關(guān)節(jié)、前臂或者手。,h、支持肢體,當(dāng)手中雖然樂捏著一根25g的雞毛，但同時支持著4.4公斤的整個手臂。避免長時間的敬禮姿勢以及越過頭頂?shù)牟僮鳌?（2）手腳施力特點,a 手部施力特點,b 腳部施力特點,（3） 人體動態(tài)施力的安全因素,A 肌肉施力 a. 對于任何形式的人體活動，哪種方式產(chǎn)生的肌力最大，就以哪種方式進行施力活動。 b. 應(yīng)使肌肉處于其自然狀態(tài)的長度。,c、利用重力作用,當(dāng)一個重物被舉起時，肌肉必須舉起手和臂本身的重量。所以，應(yīng)當(dāng)盡量在水平方向上移動重物，以及考慮到利用重力作用。,要改變物體的位置從高到低時，采用自由下落式方法。,人的脊柱為“S“曲線形，12塊胸椎骨組成稍向后凹的曲線，5塊腰椎骨連結(jié)成向前凸的曲線，每兩塊脊椎骨之間是一塊推間盤。,B、提起重物,a. 椎間盤問題,脊柱承受的重量負荷由上至下逐漸增加，第5塊腰椎處負荷最大。,人體本身的負荷加在腰椎上，在作業(yè)、尤其在提起重物時，加在腰惟的負荷與人體本身負荷共同作用，使腰椎承受了極大的負擔(dān)，因此人們的腰病發(fā)病率極高。,用不同的方法來提起重物，對腰部負荷的影響不同。,直腰彎膝提起重物時椎間盤內(nèi)壓力較小,彎腰直膝,提起重物必須保持直腰姿勢,(1)抓穩(wěn)重物，提起時保持直腰彎膝。,(2)設(shè)計時應(yīng)使重物的抓握部位高干地面4050厘米，應(yīng)有把手。,C、重心問題,第3節(jié) 人體作業(yè)空間尺度,3.1 作業(yè)空間設(shè)計的基本原則 3.2 環(huán)境空間中的作業(yè)類型 3.3 作業(yè)行為對環(huán)境空間的尺度要求,作業(yè)空間設(shè)計的有關(guān)概念,作業(yè)空間 人在從事某項作業(yè)時，為完成該項工作，人體所必須的活動范圍或空間。,人的操作活動范圍 機器的顯示器和控制器的范圍,作業(yè)空間設(shè)計的有關(guān)概念,（1）近身作業(yè)空間。指作業(yè)者在某一固定的工作崗位上保持站姿或坐姿等一定的工作姿勢時，由于人體的靜態(tài)或動態(tài)的尺寸限制，作業(yè)者為完成作業(yè)所涉及的空間范圍。 （2）個體作業(yè)場所。指作業(yè)者周圍與作業(yè)有關(guān)的、包含設(shè)備因素在內(nèi)的作業(yè)區(qū)域，簡稱為作業(yè)場所。如電腦、計算機桌、電腦椅就構(gòu)成一個完整的個體作業(yè)場所。與近身作業(yè)空間相比，更為復(fù)雜，還包括了相關(guān)設(shè)備所需的場地。 （3）總體作業(yè)空間。多個相互聯(lián)系的個體作業(yè)場所布置在一起就構(gòu)成了總體作業(yè)空間。總體作業(yè)空間不是直接的作業(yè)場所，它更多地強調(diào)多個個體作業(yè)場所之間尤其是多個作業(yè)者之間的相互關(guān)系。,作業(yè)空間設(shè)計的有關(guān)概念,作業(yè)空間設(shè)計 狹義：合理設(shè)計工作崗位空間，以保證作業(yè)者安全、舒適、高效工作。 廣義：按照作業(yè)者的操作范圍、視覺范圍、作業(yè)姿勢等生理、心理因素對作業(yè)對象、機器設(shè)備、工具等進行合理的空間布局，給人、物等確定最佳（合理）的流通路線和占有區(qū)域，以提高系統(tǒng)的可靠性、舒適性和經(jīng)濟性。,3.1 作業(yè)空間設(shè)計的基本原則,1. 工作空間要適合操作者，便于操作者使用 2. 使用合理工作姿勢，提高工作效率，減少身體疲勞 3. 良好的身體動作 4. 工作環(huán)境設(shè)計的要素,3.2 環(huán)境空間中的作業(yè)類型,（1）決定作業(yè)姿勢的因素 操作者在作業(yè)過程中，通常采用坐姿、立姿或坐立交替相結(jié)合姿勢，也有一些特殊作業(yè)采用跪姿和臥姿。在作業(yè)中使用良好的作業(yè)姿勢可使作業(yè)者時刻處于輕松的狀態(tài)。在確定作業(yè)姿勢時，主要考慮以下因素： 1.作業(yè)空間的大小和照明條件； 2.作業(yè)負荷的大小和用力方向； 3.作業(yè)場所各種儀器、機具和加工件的擺放位置； 4.作業(yè)臺高度及有沒有容膝空間； 5.操作時的起坐頻率等因素。,坐姿作業(yè) 坐姿是指身軀伸直或稍向前傾角為1015，上腿平放，下腿一般垂直地面或稍向前傾斜著地，身體處于舒適狀態(tài)的體位。 坐姿作業(yè)特點：不易疲勞，持續(xù)工作時間長；身體穩(wěn)定性好，操作精度高；手腳可以并用作業(yè)；腳蹬范圍廣，能正確操作。 人體最合理的作業(yè)姿勢就是坐姿作業(yè)。 應(yīng)采用坐姿作業(yè)：精細而準確的作業(yè)；持續(xù)時間較長的作業(yè)；施力較小的作業(yè)；需要手、足并用的作業(yè)。,（2）作業(yè)姿勢的種類,坐姿作業(yè)空間設(shè)計 （1）工作面高度和寬度,坐著工作時推薦的工作面高度/mm,工作面寬度視作業(yè)功能要求而定: 一般若單供靠肘之用，最小寬度為100mm，最佳寬度為200mm； 僅當(dāng)寫字用時，最佳寬度為400mm； 工作面板的厚度一般不超過50mm，以便保證大腿的容膝空間。,（2）作業(yè)范圍 水平作業(yè)范圍,平面正常范圍和最大范圍，以及斯夸爾斯提出的正常范圍/cm,（2）作業(yè)范圍 垂直作業(yè)范圍 立體作業(yè)范圍,坐姿作業(yè)時手的垂直作業(yè)范圍/mm,坐姿上肢運動范圍,坐姿立體作業(yè)范圍(),坐姿人體尺寸和工作面高度、 座椅高度的關(guān)系示意圖,（3）容膝、容腳空間,容膝空間尺寸/mm,（4）椅面高度及活動余隙 座椅的椅面高度一般略低于小腿高度，以便使全部腳掌著地支撐下肢重量，方便下肢移動，減少臀部壓力，避免椅子前沿壓迫大腿。 座椅放置空間的深度距離（臺面邊緣到固定壁面的距離），至少應(yīng)在810mm以上，以便作業(yè)者起身與坐下時移動椅子。 座椅放置空間的寬度距離應(yīng)保證作業(yè)者能自由的伸展手臂，座椅的扶手至側(cè)面的距離應(yīng)大于610mm。,（5）腳作業(yè)空間,蹬力較大的腳操作器作業(yè)空間,蹬力較小的腳操作器作業(yè)空間,例：電腦操作的作業(yè)空間設(shè)計,眼-視屏 手-鍵盤 人-座椅 腳-地板,一、眼-視屏界面 人眼與視屏的關(guān)系： 人眼與視屏應(yīng)保持一定距離，以保證不受電子射線的傷害。 屏幕越大視距應(yīng)越遠，取600-700mm。 顯示器的擺放： 人在坐姿時的自然視線是與水平視線成向下的15夾角，為獲得最佳的觀察精度，顯示器表面應(yīng)與視線近似垂直。 故顯示器表面應(yīng)稍向后仰，大約1015夾角。 選用可調(diào)顯示器 建議可調(diào)高度為180mm 可調(diào)角度為-5- +15,二、手-鍵盤界面 應(yīng)使上臂自然下垂,上臂與前臂之間70- 90的角度，手和前臂呈一直線，腕部向上不超過20。 選擇高度可調(diào)的平板放置鍵盤，鍵盤的傾斜度在5- 15內(nèi)可調(diào)。 可設(shè)置腕墊，預(yù)防手腕疲勞綜合癥。 三、人-椅界面 采用可調(diào)座椅，使作業(yè)者保持正確坐姿。 四、腳-地板界面 臺、椅、地三者間高度比例合適，使作業(yè)者腳能平放，大腿不上抬。,五、其它 光源放置合理，避免光線經(jīng)顯示器反射進入人眼引起眩光。 桌面色彩和屏幕色彩明暗對比不易太大，桌面宜采用白、淺蘭、淺灰等柔和的淺色調(diào)。,立姿作業(yè) 立姿通常是指人站立時上體前屈角小于30時所保持的姿勢。立姿作業(yè)的優(yōu)點及缺點如下： a 立姿作業(yè)的優(yōu)點 可活動的空間增大；需經(jīng)常改變體位的作業(yè)，立位比頻繁起坐消耗能量少；手的力量增大，即人體能輸出較大的操作力；減少作業(yè)空間，在沒有坐位余地的場所，以及顯示器、控制器配置在墻壁上的情況，立姿更好。,（2）作業(yè)姿勢的種類,立姿作業(yè) b 立姿作業(yè)的缺點 不易進行精確和細致的作業(yè)；不易轉(zhuǎn)換操作；立姿時肌肉要做出更大的功來支持體重，容易引起疲勞；長期站立容易引起下肢靜脈曲張等。 立姿操作使用環(huán)境：需經(jīng)常改變體位的作業(yè)；工作地的控制裝置布置分散，需要手、足活動幅度較大的作業(yè)；在沒有容膝空間的機臺旁作業(yè)；用力較大的作業(yè)；單調(diào)的作業(yè)。,（2）作業(yè)姿勢的種類,立姿作業(yè)空間設(shè)計,（1）工作面高度,工作面調(diào)整的高度,立姿工作時推薦的工作面高度/cm,身高,作業(yè)面高度,作業(yè)面的高度與身高的關(guān)系/cm,（2）作業(yè)范圍,立姿作業(yè)的作業(yè)范圍/,（3）工作活動余隙,立姿作業(yè)活動余隙設(shè)計參考尺寸/mm,（4）立姿作業(yè)空間垂直方向布局設(shè)計,立姿作業(yè)空間垂直方向布局尺寸/mm,坐、立交替的作業(yè) 某些作業(yè)并不要求作業(yè)者始終保持立姿或坐姿，在作業(yè)的一定階段，需交換姿勢完成操作。這種作業(yè)姿勢稱為坐、立交替的作業(yè)姿勢。 采用這種作業(yè)姿勢既可以避免由于長期立姿操作而引起的疲勞，又可以在較大的區(qū)域內(nèi)活動以完成作業(yè)，同時穩(wěn)定的坐姿可以幫助作業(yè)者完成一些較精細的作業(yè)。 坐、立交替作業(yè)的作業(yè)面按立姿作業(yè)設(shè)計，座椅面高度應(yīng)與作業(yè)面高度相匹配，因此應(yīng)提高座椅高度。一般使人坐在椅面上雙腳剛好著地。該類座椅一般設(shè)計成可調(diào)的。,坐立姿交替作業(yè)空間設(shè)計,坐立交替工位設(shè)計(cm),在設(shè)計坐-立交替的工作面時，工作面的高度以站立時的工作高度為準，椅子高以680780cm為宜，同時提供腳踏板，使人坐著工作時腳有休息的地方，否則人們很難工作持久。,3.3 作業(yè)行為對環(huán)境空間的尺度要求,1. 作業(yè)空間構(gòu)成的主要因素 2. 不同類別作業(yè)空間的尺度需求 人體動作空間尺度需求 人體行走活動空間尺度 人體站姿活動空間尺度 人體跪、俯、臥、坐活動空間尺度 人體持物站姿活動空間尺度 辦公空間尺度,第4節(jié) 人在環(huán)境空間中的安全因素設(shè)計,4.1 受限空間中的作業(yè)方式 4.2 安全距離與防護設(shè)計 4.3 環(huán)境空間中的安全設(shè)計,4.1 受限空間中的作業(yè)方式,（1）受限作業(yè)空間設(shè)計,受限作業(yè)的空間尺寸/mm,（2）維修空間設(shè)計,標準工具尺寸和使用方法限定的維修空間/mm,由上肢和零件尺寸限定的維修空間/mm,4.2 安全距離與防護設(shè)計,4.3 環(huán)境空間中的安全設(shè)計,出